Mystiske gener overlever marine organismers udvikling

Når væsner udvikler sig, ændres deres genetiske tegninger. Men inden for genetisk materiale lurer stadig fragmenter fra en arts ældste forfædre.

I en nylig udgivelse af tidsskriftet Genomics , Carnegie Mellon University-forsker Saoirse Foley og kolleger fandt 14 gener, der kunne give indsigt i oprindelsen af ​​havlivet.

"Vi fandt et sæt gener, hvis funktioner er ukendte, og de har ingen kendte proteindomæner," sagde Foley. "De er spredt over en række marine organismer og er meget ældgamle. Dette var virkelig overraskende."

Foley, den første forfatter på papiret, er senior bioinformatiker hos Echinobase, en webbaseret ressource, der giver adgang til genomiske, ekspressions- og funktionelle data fra forskning relateret til søstjerner, søagurker, søpindsvin og andre typer pighuder.

"Evolutionært er pighuder gamle og er en god repræsentation af tidligt nye dyr. De giver et ukompliceret syn på, hvordan en gruppe dyr kan dukke op," sagde Foley.

Foley er en del af Veronica Hinmans laboratorium, som studerer pighuder. Søstjerner og mennesker deler sammen med andre hvirveldyr en række ligheder i deres tidlige udvikling, genomorganisation og genindhold.

"Saoirse havde startet projektet og tænkte, at hun måske var i stand til at detektere pighuder-specifikke gener, der kunne hjælpe os med at forstå disse dyrs egenskaber, så det var meget overraskende at finde sådanne gamle, bevarede gener og så se, at de ikke havde nogen kendte funktioner ," sagde Hinman, Dr. Frederick A. Schwertz Distinguished Professor of Life Sciences og leder af Biological Sciences Department i Carnegie Mellon. "Det vil åbne et spændende nyt projekt for at prøve at forstå deres roller."

Forskerne brugte fylogenomiske tilgange til at søge efter ortologe gener (gener fra forskellige arter, der er afledt af et fælles forfædres gen), som ikke havde en kendt funktion blandt pighuder. Forskerne brugte derefter dette datasæt til at identificere gener, der deler et forfædres forhold på tværs af andre havdyr, såsom svampe, anemoner og havsprøjter. Ikke-marine dyr såsom mennesker, fluer eller mus havde ingen af ​​generne.

"Det, vi fandt, var, at der ikke er nogen afstamningsspecifikke pighudergener," sagde Foley. "Det store antal gener har et forhold til andre dyr uden for pighuder-filumet."

Tre pighuderarter viste sig at have alle 14 gener:en sølilje (Anneissia japonica), tornekrone søstjerner (Acanthaster planci) og purpurpindsvin (Strongylocentrotus purpuratus).

Et hold fra Barcelona - Anna Vlasova, Marina Marcet-Houben og Toni Gabaldón fra Barcelona Supercomputing Center og Institut for Forskning i Biomedicin ved Barcelona Institute of Science and Technology - skabte et stamtræ ved at bruge hvert gen i lilla pindsvin for at vise, hvordan det relaterer til gener i andre arter.

"Ved at rekonstruere den evolutionære historie for hvert gen i disse genomer kan man ikke kun finde globale evolutionære mønstre, men også identificere bemærkelsesværdige undtagelser, som vi gjorde her," sagde Gabaldón. "De identificerede gener er ældgamle og bevarede blandt havdyr og vil være nøglen til at forstå, hvordan nye slægter opstår uden behov for at anskaffe nye genværktøjssæt."

Foley sagde, at selvom disse geners funktioner ikke er kendt i øjeblikket, kan de være ret vigtige, da de alle kom fra en fælles forfader. Det næste skridt ville være at studere nogle af de 14 gener i et laboratoriemiljø for at forsøge at opdage deres funktioner. Foley sagde, at det kunne involvere at fokusere på lilla pindsvin eller en anden art med nogle af generne, såsom den almindeligt studerede flagermusstjerne (Patiria miniata).

"Det faktum, at generne er så gamle og kun findes i marine organismer, tyder på, at de i det mindste udfører en marinespecifik funktion," sagde hun. "Hvis de ikke var det, er de gamle nok til at være blevet sluppet af på dette tidspunkt." + Udforsk yderligere

Søstjerner afslører evolutionær historie om pubertetshormon